Сигналы импульсных и цифровых устройств
Электрический импульс – это отклонение напряжения или тока от первоначального уровня в течение короткого промежутка времени. Коротким считают промежуток времени, соизмеримый с длительностью переходных процессов.
Идеальный прямоугольный и трапецеидальный импульсы содержат основание, вершину, фронт и срез.
| 
|
Реальный импульс
| Um-амплитуда – максимальное отклонение напряжения без учета выбросов |
| tф,tср-длительность фронта и среза | |
| определяется по уровням 0,1Um и 0,9Um | |
| tu-длительность импульса определяется по уровню 0,1Um | |
| в1,в2-выбросы | |
| ∆-неравномерность (спад, завал) вершины | |
Существуют 2 вида импульсов: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульсы получают при коммутации цепи постоянного тока.
| tu-длительность импульса tn-длительность паузы Т-период-интервал времени между фронтами или срезами двух соседних импульсов F-частота следования, равна 1/Т |
Последовательность импульсов, мгновенные значения напряжений, которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодической импульсной последовательностью.
γ-коэффициент заполнения, равный tu/Т
Q-скважность, равная 1/γ и Т/tu
Импульсная последовательность, имеющая скважность равную двум (Q=2) называется меандром
Uср- среднее значение, равное Um/Q
Pср- средняя мощность, равная Pu/Q
Радиоимпульсы представляют собой кратковременные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управляется (модулируется) видеоимпульсами.
Периодическое несинусоидальное колебание (видеоимпульс) можно представить бесконечным рядом Фурье:
| ω1=2πf1 , f1=1/T
f0=0 , f1= 1/T
f2=2/T , f3=3/T
f01=1/tu
f02=2/tu
f03=3/tu
|
Спектральная диаграмма представляет зависимость амплитуд гармонических составляющих от частоты: длина линии соответствует амплитуде гармоники, а положение линии на оси абсцисс соответствует частоте гармоники.
Рассмотрим влияние параметров на спектр:
При увеличении Um пропорционально увеличивается амплитуда каждой гармонической составляющей;
При увеличении tu уменьшается ширина лепестков и число гармоник в первом лепестке;
При увеличении Т уменьшается расстояние между спектральными линиями, а количество гармоник в пределах одного частотного интервала увеличивается (спектр становится более плотным);
При Т → ∞ можно перейти от последовательности импульсов к одиночному импульсу, тогда его спектр будет содержать составляющее всех частот, т.е. станет сплошным. В этом случае расстояние между гармониками будет бесконечно малым.
| Спектр радиоимпульса f0-несущая частота Спектр радиоимпульса имеет большую ширину по сравнению с видеоимпульсом и смещен на f0 в область высоких частот. |
Импульсная последовательность становится сигналом, когда в соответствии с передаваемой информацией изменяются ее параметры: амплитуда, длительность или фаза- поэтому различают амплитудно-импульсную(АИМ), широтноимпульсную (ШИМ), фазоимпульсную(ФИМ) модуляции.
| Пример АИМ- модуляция импульсной последовательности непрерывным сигналом (сигналом информации). Сигнал называется дискретным, эти импульсы являются выборками (отсчетами) непрерывного сигнала. Дискретизация выполняется на основании теоремы Котельникова Т≤1/2Fmax Передача информации цифровым сигналом отличается помехоустойчивостью. |
При передаче информации импульсными сигналами имеется возможность уплотнить канал (например, во времени).
В цифровых устройствах используются импульсные и потенциальные сигналы.
Элементами потенциального сигнала являются потенциалы двух уровней, каждый уровень остается неизменным в течение тактового интервала.
Элементами импульсного сигнала являются импульсы неизменной амплитуды и отсутствие их в тактовые моменты времени.
Цифровым сигналом представляются двоичные числа.
Цифровые сигналы можно представить в виде кодовых слов. Кодовое слово – это последовательность уровней логического нуля и логической единицы определенной длины. На рисунке представлено восьмиразрядное кодовое слово: 10011010. Если кодовое слово содержит n разрядов, то можно составить 2n различных кодовых слов.
Цифровой сигнал может быть сформирован из непрерывного с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
| Преобразования выполняются в 3 этапа: дискретизация, квантование и кодирование. |
Цифровой сигнал может непосредственно передаваться по проводам или через открытое пространство. При передаче через открытое пространство импульсным сигналом модулируется высокочастотное колебание. На приемной стороне радиоканала принятые радиоимпульсы преобразуются детектором в видеоимпульсы. Этот сигнал может быть использован непосредственно или преобразован в исходный непрерывный сигнал ЦАП.